Rasterkraftmikroskop-Optik-System

• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie
• Förderung: Förderung in 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 178444315

• Erstellungsjahr: 2014

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Mit dem Rasterkraftmikroskop-Optik-System wurde in den ersten drei Jahren eine sehr breite Palette von multidisziplinären Forschungsprojekten bearbeitet. Sowohl in separaten rasterkraftmikroskopischen (atomic force microscopy, AFM) und konfokalmikroskopischen Messungen, als auch in kombinierten AFM-Konfokalmikroskopiemessungen sowie optischen Methoden wie Oberflächenplasmonenresonanz und Ellipsometrie konnten dadurch wichtige Einsichten in Nanostrukturen, Grenzflächeneigenschaften und Organisation von Aggregaten weicher Materie (soft matter) erzielt werden. Dazu zählen Arbeiten über neuartige polymere Nanostrukturen und Schichtsysteme, in denen mittels abbildenden Methoden und AFM Nanoindentation die Oberflächenmorphologie und (nano)mechanischen Eigenschaften ermittelt wurden. Neben elektrogesponnenen Polymernanofasern wurden auch polymeren Nanoröhren eingehend charakterisiert. Dabei konnte auf anodisierte Aluminiumoxidsubstrate zurückgegriffen werden, die als sowohl als Template für polymeren Nanoröhren und layer-by-layer Schichtsysteme, als auch als Substrat für Dreipunktbiegetests von Nanoröhren und -stäben dienten. An Polymerbürsten wurden systematische Messungen der Morphologie und des temperaturabhängigen Adhäsions- und Dissipationsverhalten durch in situ Kraftmessungen durchgeführt, die zu neuartigen Temperatur-responsiven Systemen für kontrollierte Zellablösung führten. Des Weiteren wurden Nanoindentationsmessungen etabliert, durch die die mechanischen Eigenschaften von Polymerbürsten quantitativ erfasst werden können, was vor allem für Zell-Oberflächenwechselwirkungen auf mikrostrukturierten Polymeren von großer Bedeutung ist (ERC Starting Grant Schönherr). Vesikel aus amphiphilen Blockcopolymeren (Polymersomen) wurden durch systematische kombinierte AFM - Lebensdauermessungen (fluorescence lifetime imaging microscopy, FLIM) eingehend charakterisiert, und zwar hinsichtlich des enzymatische Abbaus und der kontrollierten Freisetzung von Farbstoffen (EU BacterioSafe). Wertvolle Hinweise auf die Mechanismen auf molekularer Ebene konnten auch im Gebiet der Oberflächennanoblasen mit kombinierten AFM und FLIM Messungen erzielt werden. Dabei spielen auch quantitative Kraftmessungen eine zentrale Rolle, um die geringe Krümmung an der Gas-Wasser-Grenzschicht nachzuweisen, die in konventionellen AFM Experimenten mit großen systematischen Fehler behaftet ist. Schließlich stehen Proteine an Grenzflächen (ERC Starting Grant und NRW Nachwuchsgruppe Nöll) und Wechselwirkungen zwischen DNA und Liganden an Grenzflächen im Fokus der Siegener Forschungsaktivitäten. Neben der Untersuchung des Einflusses von Oberflächen auf die entsprechenden Gleichgewichte zwischen Quadruplex DNA und entsprechenden Liganden wurden auch DNA Hydrogele erfolgreich charakterisiert.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• “Pushing the Size Limits in the Replication of Nanopores in Anodized Aluminum Oxide via the Layer-by-Layer Deposition of Polyelectrolytes”. Langmuir 2012, 28, 10091-10096
  Mohammad Raoufi, Davide Tranchida, Holger Schönherr
  
• “A closer look at the effect of AFM imaging conditions on the apparent dimensions of surface nanobubbles”. Langmuir 2013, 29, 620-632
  Wiktoria Walczyk, Holger Schönherr
  
• “Amphiphilic block copolymer vesicles for active wound dressings: Synthesis of model systems and studies of encapsulation and release“. Macromol. Symposia 2013, 328, 73-79
  Simon Haas, Yizhou Chen, Christian Fuchs, Stephan Handschuh, Marc Steuber, Holger Schönherr
  
• “Covalently Cross-Linked Poly(acrylamide) Brushes on Gold with Tunable Mechanical Properties via Surface-Initiated Atom Transfer Radical Polymerization”. European Polymer Journal 2013, 49,1943-1951
  Inga Lilge and Holger Schönherr
  
• “Improved Synthesis of Anodized Aluminum Oxide with Modulated Pore Diameters for the Fabrication of Polymeric Nanotubes”. RSC Adv., 2013, 3 (32), 13429 -13436
  Mohammad Raoufi, Holger Schönherr
  
• “Tailored (bio)interfaces via surface initiated polymerization: Control of grafting density and new responsive diblock copolymer brushes“. Macromol. Symposia 2013, 328, 64-72
  Inga Lilge, Marc Steuber, Davide Tranchida, Elena Sperotto, Holger Schönherr
  
• “The effect of Peak Force Tapping Mode AFM imaging on the apparent shape of surface nanobubbles”. J. Phys.: Condens. Matter 2013, 25, 184005
  Wiktoria Walczyk, Peter Schön, Holger Schönherr
  
• “The flavoprotein dodecin as redox probe for ET through DNA”. Angew. Chemie 2013, 52, 4950-4953
  Yaming Yu, Björn Heidel, Tamara Parapugna, Sabine Wenderhold-Reeb, Bo Song, Holger Schönherr, Martin Grininger, Gilbert Nöll
  
• “Bacterial enzyme responsive polymersomes: A closer look at the degradation mechanism of PEG-block-PLA vesicles”. Australian Journal of Chemistry, 2014
  Katrin-Stephanie Tücking, Stephan Handschuh-Wang, Holger Schönherr
  
• “Controlled Surface Chemistry of Diamond/ß-SiC Composite Films for Preferential Protein Adsorption”. Langmuir 2014, 30, 1089-1099
  Tao Wang, Stephan Handschuh-Wang, Yang Yang, Hao Zhuang, Christoph Schlemper, Daniel Wesner, Holger Schönherr, Wenjun Zhang and Xin Jiang
  
• “Fabrication of Complex Free-Standing Nanostructures with Concave and Convex Curvature via the Layer-by-Layer Approach”. Langmuir 2014, 30, 1723-1728
  Mohammad Raoufi and Holger Schönherr
  
• “Poly(ester-ether)s: II. Properties of electrospun nanofibres from. polydioxanone and poly(methyl .dioxanone) blends and human fibroblast cellular proliferation”. Biomater. Sci. 2014, 2, 339-351
  Nowsheen Goonoo, Archana Bhaw-Luximon, Isaac A. Rodriguez, Daniel Wesner, Holger Schönherr, Gary L. Bowlin, Dhanjay Jhurry